1. 调合配比计算

润滑油调合是在一定工艺条件下，将不同的基础油和添加剂按照一定的比例进行调配，形成一种均相混合物。在许多情况下，产品的原料组分一样，但是比例不一样，最后得到不同牌号的产品，甚至是不同性能。因此正确计算各组分的加入量，在油品调合过程中是至关重要。

油品调合配比计算通常有两种方式，一种是内加法，一种是外加法。通常情况下，下达工艺配方时采用内加法和外加法相结合，而在下达生产投料单时一般采用内加法。另外，对于一些加量在ppm级的组分，一般情况下也采用外加法。下面就重点介绍内加法。

内加法：所有组分采用质量百分比来表示其在油品中的加入比例，各组分比例之和等于百分之百。而各组分的实际加入量等于某批产品生产总量乘以其所占的比例。

[例4-1-5] 用M、N两种基础油和复合配方生产TSA46汽轮机油60t。以公式方法计算基础油和添加剂的加入量（内加法）。两种基础油40℃粘度分别为30mm²/s、90mm²/s；复合配方：A剂 0.5％（m）；B剂 0.2％（m）；C剂 0.03%（m）; D剂 0.02％（m）；E剂0.0005％（m）（E剂用外加法计算）。

解：添加剂的加入量：

m_A=60000×0.5%=300(kg)

m_B=60000×0.2%=120(kg)

m_C=60000×0.03%=18(kg)

m_D=60000×0.02%=12(kg)

m_E=60000×0.0005％=0. 3(kg)

基础油总百分比例：

1-（0.5%+0.2%+0.02%+0.03%）=99.25%

M组分在基础油中的比例

X_M=（lgν_m－lgν₂）/（lgν₁－lgν₂）

代入数据得，X_M= lg46－lg90）/ （lg30－lg90）=38.9%

m_E=60×38.9％×99.25%=23.16(t)

所以N组分在基础油中的比例X_N=1- X_M=1-38.9%=61.1%

基础油的加入量为：

m_E=60×38.9％×99.25%=23.16(t)

n_E=60×61.1％×99.25%=36.38(t)

2. 合格率计算

一般来说，产品合格率是指在一定时期内，某单位生产合格产品总量与生产产品的总量之比值。合格率在一定程度上反映了该单位产品的质量水平和生产过程的控制水平。

[例4-1-6]某润滑油厂一月份生产内燃机油500批，其中合格产品数量为490批，液压油400批，其中合格产品数量为395批，汽轮机油200批，，其中合格产品数量为180批，求该厂一月份生产油品合格率。

解：P(合格率）＝合格产品总量/产品总量=（490+395+180）/（500+400+200）=96.82%

[例4-1-7]某润滑油厂一月份生产内燃机油500批，其合格率为98%，液压油400批，其合格率为95%，汽轮机油200批，，其合格率为96%，求该厂一月份生产油品合格率。

解：P(合格率）＝合格产品总量/产品总量=（500*98%+400*95%+200*96%）/（500+400+200）=96.54%

3. 损耗率计算

一般情况下，产品在一定时期内，生产出的产品数量与总投料量之比值，称为产品的收率。用百分之百减去产品的收率就是损耗率。

[例4-1-8]某润滑油厂一月份生产投入基础油500吨，添加剂40吨，生产得到的成品油数量为535吨，求该厂一月份生产油品损耗率。

解：X(收率）＝产成品数量/原材料总投入量=535/（500+40）=99.07%

Y（损耗率）=1-99.07%=0.93%

4. 传热的计算

传热现象在我们的生活和生产中时刻存在的一种自然现象，在能源、化工、冶金、动力等行业得到广泛应用，比如我们在冬天卸收高粘度的油料需要加热，调合油品时要加热。传热是由于温差的存在引起的能量转移，能量一般从高温向低温转移。科学合理利用能源和回收余热是传热学研究的重要课题，因此传热计算在传热学有着重要的意义。

4.1. 热量计算

热量转移速度快慢和多少，与散热物质和受热物质的性质、质量大小、温差大小相关。

Ø 物质无相变化的热量计算公式如下：

Q= G×C×（T₂－T₁）                   （4-1-6）

其中  Q——热量， J；

      G——物质的质量， kg；

C——物质的比热容，kJ/(kg·℃)；

T₂——高温，℃；

T₁——低温，℃；

Ø 物质有相变化的热量计算公式如下：

Q= G×[r+C×（T₂－T₁）]                （4-1-7）

其中  Q——热量， J；

      G——物质的质量， kg；

C——物质的比热容，kJ/(kg·℃)；

T₂——高温，℃；

T₁——低温，℃；

r——相变热，℃；

[例4-1-9] 换热器中用导热油加热基础油，基础油质量为20t，基础油的比热容C=3kJ/(kg·℃),要将基础油从30℃加热到85℃，试计算需要多少热量(忽略热损失)。

解：①据Q＝G×C×（T2－T1）

②代入数据，Q＝20000×3×(85-30)=3900000（ kJ）

[例4-1-10] 换热器中用导热油加热基础油，基础油流量为15t/h，从30℃加热到85℃，基础油的比热容C=4kJ/(kg·℃),试计算换热器的热负荷(忽略热损失)。

解：热负荷是每秒钟导热油通过换热器传递给基础油的热量，

①据Q＝G×C×（T2－T1）

②代入数据，Q＝(15×1000/3600)×3×(85-30)=916.7kJ/s

4.2. 传热过程常用的参数

1.传热系数，λ

（1）固体的传热系数

    金属传热系数一般随温度的升高而降低，而且随金属纯度升高，传热系数变小；非金属传热系数随密度增大和温度的升高而变大。大多数固体的传热系数与温度近似于线形关系，即：

λ=λ₀（1+kt）                      （4-1-8）

其中  λ——物体在温度t℃时的传热系数，W/（m· ℃）;

          λ₀——物体在温度0℃时的传热系数，W/（m· ℃）;

          k——温度系数，金属材料的k值为负数，非金属材料的k值为正数，1/ ℃.

（2）液体的传热系数

    一般情况下金属液体的传热系数要比非金属的大。金属液体的传热系数随温度升高而减小；除水和甘油等少量物质外，大多数的非金属液体的传热系数随温度升高而略有减小。水的传热系数最大，而且纯液体的传热系数要比溶液混和物的要大。

互溶有机化合物混合液的热传导系数估算式：

λ_m=∑x_iλ_i                        （4-1-9）

其中  x_i——组分的质量分数;

λ_i——i物质在温度t℃时的传热系数，W/（m· ℃）;

λ_m——混合物在温度t℃时的传热系数，W/（m· ℃）;

有机化合物水溶液的热传导系数估算式：

λ_m=0.9∑x_iλ_i                    （4-1-10）

（3）气体的传热系数

    气体的传热系数随温度升高而变大。当压强为<3kPa或>2×105kPa时候，传热系数随压强的升高而变大，当压强为3kPa<P<2×105kPa时候，传热系数随压强变化可以忽略不计。

  常压下气体混和物的热传导系数估算式：

λ_m=0.9∑x_iλ_iM_i^1/3/∑x_iM_i^1/3          （4-1-11）

其中  x_i——组分的摩尔分数;

M——组分的分子量，kg/kmol。

2.传热热阻，R

传热过程要克服一个热阻，热量才能传递到低温物体上，其计算式：

R=b/(λS)                        （4-1-12）

其中  b——平壁的壁厚，m；

S——传热面积，m²；

λ——传热系数，W/（m· ℃）。

3.多层壁传热热阻，R

    多层壁传热热阻等于各层热阻之和，计算式为：

R=∑R_i                           （4-1-13）

4.圆筒状传热面的平均半径和平均面积

r_m=（r₂-r₁）/lg(r₂/r₁)               （4-1-14）

S_m=2πLr_m =2πL（r₂-r₁）/lg(r₂/r₁)             （4-1-15）

5.温差

温差是指高温一侧的温度与低温一侧的温度之差，计算式为：

△t=（t₂-t₁）                       （4-1-16）

6.多层壁温差

多层壁传热温差等于各层温差之和，计算式为：

△t=∑△t_i                       （4-1-17）

7.保温层的临界直径

一般情况下，传热速率随保温层的厚度增加而减小。但是直径小的圆管外边包扎得保温层直径小于某个值时，其传热速率随保温层厚度增加反而增大，这个值被称为临界直径，d_c。当保温层直径大于这个临界直径后，传热速率随保温层的厚度增加而减小。临界直径的计算公式：

d_c=2λ/α                        （4-1-18）

其中  λ——保温层材料的传热系数，W/（m· ℃）；

       α——空气对流传热系数，W/（m· ℃）。

4.3.单层壁传热计算

理论计算过程，一般假设平壁材料均匀，而且导热系数不随温度的变化而变化（或采用平均导热系数），并且温度只是沿着壁厚轴向进行变化，形成一种稳态的一维传热。其计算公式如下：

Q=△t/ R=λS（t₂-t₁）/b                 （4-1-19）

[例4-1-11] 某炉平壁厚度为0.3m，炉内表温度为1200℃，炉外表温度40℃，炉壁材料的热传导系数为λ=0.82+0.00075t。求单位面积的传热热通量和平壁温度分布关系式。

解：平均壁温为：t_m=（t₂+t₁）/2=(1200+40)/2=620

炉平壁平均传热系数为λ_m=0.82+0.00075×620=1.285

热通量q=λ_m(t₂-t₁）/ b=1.285×(1200-40)/0.3=4969 (W/m²)

设炉壁中距内壁x处的温度为t，所以

q=λ (t₂-t）/x

所以t= t₂- qx/λ=1200-4969 x/1.285=1200-3877x

温度分布关系式为：t=1200-3877x

[例4-1-12] 某圆形管道表面包扎有内径为120mm厚度为60mm保温层，管线外表温度为200℃，保温层外表温度为30℃，保温层材料的热传导系数为λ=0.11+0.00015t。求保温层每米管长热损失。

解：平均壁温为：t_m=（t₂+t₁）/2=(200+30)/2=115

保温层平均传热系数为λ_m=0.11+0.00015×115=0.127

每米保温层平均传热面积为S_m=2πL（r₂-r₁）/lg(r₂/r₁)= 2π×1×0.06/ lg（180/120）=0.93m²

每米保温层传热量为Q=△t/ R=λS_m(t₂-t₁）/b=0.127×0.93×（200-30）/0.06=334.6（W/m）

4.4. 多层壁传热计算

多层壁传热计算公式如下：

Q=∑△t_i / ∑R_i                   （4-1-20）

[例4-1-13] 某炉由三层平壁层构成，最内层厚度为120mm,材料的传热系数为1.02 W/（m· ℃）；中间层厚度为280mm,材料的传热系数为0.15 W/（m·℃）；外层厚度为230mm,材料的传热系数为0.65 W/（m· ℃）。炉内壁温度为1000 ℃，炉外壁温度为40 ℃，求各平壁界面的温度（假设各层之间没有热阻）。

解：设从内到外两个界面层的温度分别为t₃、t₂ , 内壁温度为t₄ , 外壁温度为t₁ 。

热通量为：q= Q/S=（△t₃+△t₂+△t₁）/(R₃+△R₂+△R₁）

=[（t4- t3）+（t3- t2）+（t2- t1）]/(b3/λ3+ b2/λ2+ b1/λ1）

=（t4 - t1）/(b3/λ3+ b2/λ2+ b1/λ1）

代入数据得，q=（1000 - 40）/(0.12/1.02+ 0.28/0.15+ 0.23/0.65）=410.6 (W/m2)

因为q=λ(t高- t低）/b，所以t低= t高-qb/λ和t高=t低+qb/λ

代入数据得，t3= t4- qb3/λ3=1000-410.6×0.12/1.02=951.7（℃）

t2= t1+ qb1/λ1=40+410.6×0.23/0.65=185.3（℃）

4.5. 壁面与流体之间的传热计算

壁面与流体之间进行传热，主要是他们之间存在温差而形成的推动力。由于对流传热过程受到诸多因素的影响，过程极为复杂，因此对流传热的工程计算主要采用一些半经验的方法来进行估算。

1.单面传热估算式

Q=αS△t                         （4-1-21）

其中  α——对流传热系数，W/（m· ℃）；

        S——总传热面积，m2；

        △t——壁面与流体之间温差平均值。

2.两流体通过管壁的传热的计算

两流体通过管壁的传热过程包括三个步骤，即热流体将热传给管壁、管壁中的热传导和管壁将热传给冷流体。以上传热过程的计算，关键是确定总的传热系数（K）。

（1）基于管内表面的总传热系数(Ki)计算公式：

                           1/ Ki =1/αi+bdi/λdm+ di/αo do       （4-1-22）

其中  αi——管内表面对流传热系数，W/（m· ℃）；

       αo——管外表面对流传热系数，W/（m· ℃）；

       λ——管材的传热系数，W/（m· ℃）；

       b——管壁厚度，m；

        di——管内径，m；

        do——管外径，m；

        dm——管内、外径的算术平均值，m；

        λ——管材的传热系数，W/（m· ℃）；

（2）基于管外表面的总传热系数(Ko)计算公式：

                           1/ K_o = d_o /α_id_i+ bd_o/λd_m +1/α_o      （4-1-23）

（3）基于管内、外表面平均面积的总传热系数(Km)计算公式：

1/ K_m = d_m /α_id_i+b/λ+d_m/α_od_o      （4-1-24）

（4）污垢热阻

加热管使用后，管内外表经常会形成一层污垢，大大增加了传热的热阻，因此在估算总传热系数时，往往要将两侧的污垢热阻考虑进去，其估算式为：

1/ Ko = do /αidi+Rsido /di+bdo/λdm + Rso +1/αo      （4-1-25）

其中Rsi和Rso分别为管内外表面的污垢热阻，因难以准确计算，故常采用经验值。

（5）平均温差法计算传热量，其公式如下：

                           Q=KS（△t2-△t1）/lg(△t2/△t1）    （4-1-26）

5. 总碱值的计算

油品生产完毕，有时会出现总碱值不够的情况，说明添加剂加入量不足，这时就要通过碱值的计算来确定添加剂补加量。计算公式如下：

N=M（a-m）/(n-a)                   （4-1-27）

其中  N——需要补加的添加剂量；

      M——不合格油品总量；

      a——合格油品的总碱值；

      m——不合格油品的总碱值；

      n——添加剂的总碱值；

[例4-1-14] 某润滑油生产厂生产了一批内燃机油200t，经检测它的总碱值为5.8mgKOH/g，不符合标准规定的≥6.2 mgKOH/g的质量要求，所采用的添加剂总碱值为200 mgKOH/g，请问油品调整合格最少需要补加多少添加剂？

解：N=M（a-m）/(n-a)

代入数据得，N=200×（6.2-5.8）/（200-6.2）=0.412（t）